风力机叶片材料的选择与评价(图表)

　　2.1.1 性能要求。选择任何一种纤维织物，根据实际生产工艺和叶片设计需要，要从以下几个方面考虑，主要包括力学性能和工艺性能：
　　（1）外观质量。纤维织物无断丝、毛丝、杂质、缺丝和丝束排列不均匀等缺陷。
　　（2）铺覆性。在叶片曲面上铺放纤维织物，纤维织物在无褶皱、不断裂、不撕裂，纤维无波折、扭结或起伏的情况下，与模具贴合紧密，能够制成与产品相同的形状。
　　（3）浸润性。
　　（4）叶片根端模拟试验。根端是叶片结构最厚的位置，不管是树脂还是纤维的选择，均应该进行实际生产模拟，主要是观测其实际灌注情况，有无白丝、发热等异常现象发生。
　　（5）层压板力学性能。目前所用E- 玻璃纤维织物主要有单轴向布、双轴向和三轴向布。以玻璃纤维织物为例，采用真空灌注工艺制备各种纤维织物的层压板，按相应的ISO 标准进行测试， 叶片一般设计性能基本要求见表1。层压板性能影响因素主要包括施加载荷相对纤维取向的偏轴角、施加载荷类型、材料局部范围内组分材料的性能、组分材料的几何结构以及产品内部缺陷。
　　同时，采用归一化方法分析力学性能测试数据，通过把测试值修正成相对于规定的纤维体积含量的数值，直接比较力学性能测试结果。单轴向布和0°三轴向布层压板的0°拉伸和压缩性能（强度和模量）根据下式进行归一化处理：

　　其中，P 为归一化值；P_m 为实测值；V_t 为理论纤维体积含量；V_m为实测纤维体积含量。
　　2.1.2 浸润性测试方法。树脂与纤维布之间的浸润性是真空灌注成型工艺中的重要影响因素，两者之间良好的浸润性是保证产品质量和避免气泡、白斑等缺陷的关键。
　　浸润性通过增强材料的渗透率来表征。渗透率是综合反映纤维渗透特性的参数，用来表征树脂流过纤维织物的难易程度，是优化成型工艺和保证产品质量的关键。树脂在纤维中的流动主要是树脂在纤维束空隙之间的宏观流动和树脂在纤维单丝之间的微观流动，受纤维孔隙率、树脂粘度、纤维与树脂的表面张力、温度、注射压力等影响。利用Darcy 定律，通过一维和二维面内径向测量渗透率。
　　（1）一维方向。一维方向渗透法是树脂在单向流动（即y 和z方向树脂流速较小，可以忽略）的情况下，测量恒定流速的树脂在纤维内的一维流动压力降。由Darcy定律可推出树脂一维方向方程：

　　式中：x 为树脂流动前锋位置（m）；K 为纤维的渗透率张量（m²）；ΔP 为压力梯度（Pa）；t 为灌注时间（s）；φ 为孔隙率（%）；η 为树脂粘度（Pa·s）。其中孔隙率φ 为

　　其中，n 为增强材料层数；ψ 为玻璃纤维单位面积质量（g/m²）；h为增强材料厚度（mm）；ρ_f—玻璃纤维密度（g/cm³）。